[发明专利]用于使用铝酸三钙回收氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用TCA从苛性铝酸盐溶液回收氧化铝值的方法。

背景技术

在上百年内拜耳法已用于从铝土矿石回收氧化铝值。该方法的核心是以下可逆方程式，对于三水铝石和一水软铝石或一水硬铝石矿，分别为（1）：

在图1中示出了显示传统拜耳法的基本实施方式的示意流程图。首先混和的铝土矿与再循环的废液的一部分混和，并经受研磨以降低粒度。然后经由已知为“脱硅”或“持浆（slurry holding）”的工艺处理生成的浆料以去除存在于铝土矿中的可溶性硅石矿物，典型地以不可溶的硅铝酸钠的形式。

然后脱硅的浆料与剩余的废液混和，经由称为“消化（digestion）”的工艺提取铝土矿的氧化铝值。在消化中，操控条件以便推进方程式（1）或（2）朝向右手边。在消化期间，游离的苛性碱溶解铝土矿中含铝土的矿物以形成浓缩的铝酸钠溶液，余留下未溶解矿物的泥渣和杂质，其主要是惰性铁氧化物、氢氧化物、（氧化）氢氧化物、钛氧化物和含硅化合物。通常由于存在铁矿物，泥渣外表是红色的，因而通常称为“红泥”。通过使用高温和高压的条件促进消化，并且这些进而取决于处理的矿石类型。方程式（1）和（2）表示的平衡也可以通过提高游离苛性碱（氢氧根离子）的浓度向右手边移动。

闪蒸冷却后，在称为“澄清”的工艺中将母液与泥渣分离。将浆料进料至一个或多个沉淀池中，其中固体颗粒沉降至底部并去除，典型地通过泵送至泥浆洗涤循环。用絮凝剂协助泥浆与浓缩液的分离，同时只含有最精细的悬浮固体的“原（green）”液（或母液）溢出泥浆沉淀池。

然后通常典型地使用加压过滤器，通过过滤进一步澄清析出的液体。其称为“滤清（polishing）”过滤的步骤在确保母液不含另外致使产物氧化铝污染的悬浮泥浆颗粒中是关键的。独立的，这些过滤器中采用的布极快地堵塞。发生这是因为在沉淀器溢流中的精细悬浮固体陷入滤布的织网中，然后在过滤器的表面继续形成稠密的高阻层。

为了预防这个问题，通常用“助滤剂”向滤清过滤器补给供料，该助滤剂的作用是防止连续形成泥浆颗粒所陷入的固体床阻塞滤布，同时还使得液体通过床的间隙自由流动。理想助滤剂将是廉价的、化学惰性的、大小为其能够使泥浆颗粒陷入、以及不限制液体的流动或促进滤布自身的堵塞。在大多氧化铝精炼厂中，该作用是通过铝酸三钙（也称为TCA、C3A或C3AH6）进行的。

泥浆洗涤循环依赖于逆流倾析工艺以尽可能回收再使用的铝酸钠，以使氧化铝和苛性碱值的损失最小化，并且净化泥渣以便其可以以环境容许的方式废弃。使随后流出第一段泥浆洗涤池的洗涤器溢流流入沉淀池，或与沉淀器溢出液混和以形成澄清的母液。典型地，将在泥浆洗涤循环的最后阶段中将洗涤的泥渣抽至泥浆排放池。逆流泥浆洗涤循环用洗涤水，典型地淡水、冷凝液（冷凝蒸汽）或泥浆排放池中的循环水（称为“池水（lakewater）”）、或上述的组合来供给。

在送至沉淀段之前，使溢出沉淀池的澄清母液经受如上文描述的过滤。在沉淀段中，促使方程式（1）（在下文中再次复制）的平衡朝向左手边移动以形成纯净的Al(OH)₃，也称为“三水铝石”。

经由水力旋流器、增稠剂或过滤器分离沉淀的三水铝石。剩余的液体，蒸发以去除过量水之后称为“废液”，这些过量水随着铝土矿和各种洗涤步骤进入工艺中，并且将含有铝酸根离子和氢氧根离子，存在的量取决于温度、晶种（种子）的表面积和沉淀段的停留时间。由增加液体过饱和的条件促进沉淀，如降低温度、加入三水铝石晶种、提高铝酸根离子的浓度、或稀释溶液。为了回收氧化铝值和苛性碱，再循环废液以消化。因而经再循环以消化的废液含有溶解的氧化铝存在于其中。

根据大小将在沉淀期间形成的三水铝石结晶分类，在回转窑或流化床煅烧炉中烧制产物级物质，同时尺寸不足的颗粒用作“晶种”，其有助于在沉淀阶段期间三水铝石结晶的沉淀。在烧制期间，三水铝石脱羟基以形成氧化铝。同时，产生的二氧化碳为用于运行煅烧炉的化石燃料燃烧的副产物。也在烟道气中排出二氧化碳，这些烟道气是由运行以向氧化铝精炼厂供电的发电站产生的，也可以是在一些氧化铝精炼厂中由石灰窑产生的。在这时候，可以用来影响烧制期间产生的温室气体的排放的可选项存在限制。